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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung lfd. Nr. 61/391,320, eingereicht am 8. Oktober 2010, die hiermit durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druckspeicher und insbesondere auf einen Druckspeicher mit einer Verriegelungsanordnung, um Fluid zu und von dem Druckspeicher zu regulieren.
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HINTERGRUND
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Die Angaben in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung dar und können, müssen jedoch nicht Stand der Technik bilden.
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Ein typisches Automatikgetriebe enthält ein Hydrauliksteuersystem, das neben anderen Funktionen dazu verwendet wird, mehrere Drehmomentübertragungsvorrichtungen zu betätigen. Diese Drehmomentübertragungsvorrichtungen können beispielsweise Reibkupplungen und Bremsen sein. Das herkömmliche Steuersystem umfasst typischerweise eine Hauptpumpe, die mit Druck beaufschlagtes Fluid wie etwa Öl für mehrere Ventile und Solenoide in einem Ventilkörper bereitstellt. Die Hauptpumpe wird durch die Kraftmaschine des Kraftfahrzeugs angetrieben. Die Ventile und Solenoide sind betreibbar, um das mit Druck beaufschlagte Hydraulikfluid durch einen Hydraulikfluidkreis zu den mehreren Drehmomentübertragungsvorrichtungen in dem Getriebe zu lenken. Das mit Druck beaufschlagte Hydraulikfluid, das zu den Drehmomentübertragungsvorrichtungen geliefert wird, wird verwendet, um die Vorrichtungen einzurücken oder auszurücken, um unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zu erhalten.
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Ein Problem bei hydraulisch betätigten Kupplungen besteht darin, dass es für die Getriebepumpe dann, wenn die Kraftmaschine abgeschaltet ist, schwierig ist, den Kupplungen Fluid zuzuführen. Es kann insbesondere schwierig sein, Kupplungen in einem Hybrid-Antriebsstrang zu betätigen, wenn die Kraftmaschine oder Antriebsmaschine abgeschaltet ist und ein Elektromotor verwendet wird, um das Fahrzeug voranzutreiben. In dem Antriebsstrang kann eine getrennte Hilfselektropumpe enthalten sein, um mit Druck beaufschlagtes Fluid bereitzustellen, wenn die Brennkraftmaschine abgeschaltet ist. Diese Hilfselektropumpen können jedoch die Kosten, das Gewicht und die Komplexität eines Fahrzeugs erhöhen. Daher besteht auf dem Gebiet ein Bedarf an einem kostengünstigen Hydrauliksystem, das einer Kupplung Fluid zuführt, wenn eine Kraftmaschine nicht arbeitet.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird eine Druckspeicheranordnung geschaffen, die einen Druckbehälter und eine Verriegelungsanordnung enthält. Die Verriegelungsanordnung umfasst ein Solenoid, einen Aktor und einen Kolben. Der Kolben ist in einem Innenraum des Behälters gleitend in Eingriff. Der Kolben unterteilt den Innenraum des Behälters in eine Luftkammer und eine mit Fluid gefüllte Kammer. Die mit Fluid gefüllte Kammer kommuniziert mit einer Fluidzufuhrleitung. Ein Vorbelastungselement befindet sich in der mit Luft gefüllten Kammer und übt auf den Kolben eine Vorbelastungskraft aus. Das Solenoid induziert ein Magnetfeld, das verwendet wird, um den Aktor zu betätigen, wobei der Aktor wahlweise mit einer Nut in Eingriff gelangt, die sich längs einer äußeren Oberfläche des Kolbens befindet.
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Wenn der Aktor in der Nut, die sich am Kolben befindet, in Eingriff ist, befindet sich der Kolben in einer verriegelten Position und kann nicht im Innenraum des Behälters gleiten, so dass es möglich ist, Fluid in der Fluidkammer zu halten. Wenn der Eingriff des Aktors in der Nut gelöst wird, drängt die durch das Vorbelastungselement ausgeübte Vorbelastungskraft den Kolben zu einem Gleiten im Behälter, um zu bewirken, dass Fluid aus der Fluidkammer und in die Zufuhrleitung entleert wird.
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Weitere Anwendungsbereiche gehen aus der hier gegebenen Beschreibung hervor. Selbstverständlich sollen die Beschreibung und die bestimmten Beispiele nur der Veranschaulichung dienen, sie sollen aber den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht begrenzen.
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ZEICHNUNGEN
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keinerlei Weise einschränken.
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1 ist eine beispielhafte Druckspeicheranordnung, die einen Kolben besitzt, der in einem Behälter beweglich ist, wobei der Kolben in einer Sitzposition im Behälter ist;
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2 ist eine Veranschaulichung des Kolbens, der aus der Sitzposition im Behälter gedrängt ist; und
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3A ist eine Veranschaulichung des Kolbens, der mit einem Aktor in einer verriegelten Position in Eingriff ist;
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3B ist eine alternative Ausführungsform des in 3A veranschaulichten Aktors;
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4 ist eine vergrößerte Ansicht des in 3A veranschaulichten Aktors; und
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5 ist eine vergrößerte Ansicht der in 2 gezeigten Druckspeicheranordnung.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen nicht begrenzen.
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In 1 ist eine Druckspeicheranordnung allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Druckspeicher 10 ist eine Energiespeichervorrichtung, in der ein nicht komprimierbares Hydraulikfluid durch eine äußere Quelle unter Druck gehalten wird. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Druckspeicher 10 in einem Hydrauliksteuerkreis eines (nicht gezeigten) Automatikgetriebes angeordnet, in dem eine (nicht gezeigte) Pumpe mit einer Kraftmaschine oder einer Antriebsmaschine betriebstechnisch verbunden ist, um dem Getriebe Hydraulikfluid zuzuführen, wenn die Kraftmaschine arbeitet, während sie im Leerlauf ist, wenn die Kraftmaschine abgeschaltet ist. Der Druckspeicher 10 sammelt Hydraulikfluid, wenn die Kraftmaschine oder Antriebsmaschine arbeitet, hält Hydraulikfluid, wenn die Kraftmaschine abgeschaltet ist und gibt Hydraulikfluid ab, wenn die Kraftmaschine erneut gestartet wird. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt jedoch, dass der Druckspeicher 10 in verschiedenen anderen Umgebungen wie etwa in Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, Klimaanlagensystemen und dergleichen verwendet werden könnte, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Der Druckspeicher 10 umfasst einen Druckbehälter 12 und eine Stirnkappe 14. Der Druckbehälter 12 besitzt im Allgemeinen eine zylindrische Form und enthält ein offenes Ende 16 und ein geschlossenes Ende 18 gegenüber dem offenen Ende 16. In einem Hohlraum oder Durchlass 22, der durch den Druckbehälter 12 definiert ist, ist eine Zufuhrleitung 20 aufgenommen. Die Zufuhrleitung 20 umfasst ein erstes Ende 24 und ein zweites Ende 26, wobei das erste Ende 24 mit einem Steuersystem eines (nicht gezeigten) Automatikgetriebes verbunden ist und das zweite Ende 26 der Zufuhrleitung 20 in dem Hohlraum 22 aufgenommen ist. Der Behälter 12 umfasst einen Innenraum 28, wobei das offene Ende 16 des Behälters 12 durch die Stirnkappe 14 verschlossen ist.
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Der Behälter 12 enthält einen Kolben 34, der sich in dem Innenraum 28 befindet und mit einer inneren Oberfläche 36 des Behälters 12 in einem Gleiteingriff ist. Eine erste äußere Fläche oder Oberfläche 42 des Kolbens 34 und eine innere Oberfläche 46 der Stirnkappe 14 definieren eine mit Luft gefüllte Kammer 48. Eine zweite äußere Fläche oder Oberfläche 44 des Kolbens 34 und die innere Oberfläche 36 des Behälters 12 definieren eine mit Fluid gefüllte Kammer 50. Der Kolben 34 unterteilt den Innenraum 28 des Behälters 12 in die Luftkammer 48 und in die mit Fluid gefüllte Kammer 50. 1 veranschaulicht den Kolben 34 in einer Sitzposition, in der die zweite äußere Oberfläche 44 des Kolbens 34 auf einem Ende 52 des Behälters 12 sitzt. Der Kolben 34 wird in der Sitzposition durch wenigstens ein Vorbelastungselement 54 gegen das Ende 52 gehalten. In der gezeigten Ausführungsform werden zwei Vorbelastungselemente 54 verwendet. Jedes Vorbelastungselement 54 besitzt ein erstes Ende 56 und ein zweites Ende 58, wobei das erste Ende 56 des Vorbelastungselements 54 mit der Stirnkappe 14 in Eingriff ist und das zweite Ende 58 des Vorbelastungselements 54 mit der ersten äußeren Oberfläche 42 des Kolbens 34 in Eingriff ist. Das Vorbelastungselement 54 übt eine Vorbelastungskraft BF in einer Richtung zum Kolben 34 aus, um dadurch den Kolben 34 auf dem Ende 52 des Behälters 12 sitzend zu halten. In der veranschaulichten Ausführungsform sind beide Vorbelastungselemente 54 Schraubenfedern, der Fachmann auf dem Gebiet erkennt jedoch, dass der Kolben 34 durch andere Mittel ebenso gut betätigt werden könnte. Beispielsweise wird in einer alternativen Ausführungsform der Kolben 34 durch ein komprimierbares Gas betätigt.
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Der Hohlraum 22 des Druckbehälters 12 definiert einen Fluiddurchlassweg, der die Zufuhrleitung 20 mit der Fluidkammer 50 fluidtechnisch verbindet. Insbesondere tritt Fluid entweder in die Fluidkammer 50 ein oder aus ihr aus. Wenn Fluid in die erste Kammer 50 eintritt, steigt der Druck, so dass eine Kraft F erzeugt wird. Die durch den erhöhten Druck der Fluidkammer 50 erzeugte Kraft F ist größer als die Vorbelastungskraft BF. Wie in 2 gezeigt ist, überwindet die durch den Druck der Fluidkammer 50 ausgeübte Kraft F die Vorbelastungskraft BF, um dadurch den Kolben 34 zu einer Bewegung in einer erste Richtung D1 zu der Stirnkappe 14 zu drängen. Wenn Fluid aus der Fluidkammer 50 austritt, sinkt der Druck in der Fluidkammer 46, so dass die durch die Fluidkammer 46 ausgeübte Kraft F nun niedriger als die Vorbelastungskraft BF ist, weshalb der Kolben 34 in einer zweiten Richtung D2 zu dem Ende 52 des Behälters 12 gedrängt wird und in die in 1 gezeigte Sitzposition zurückkehrt.
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Wie allgemein in den 1–2 gezeigt ist, ist eine Verriegelungsanordnung 70 betätigbar, um Hydraulikfluid in der Fluidkammer 50 des Druckspeichers 10 wahlweise zu halten. Wenn insbesondere die (nicht gezeigte) Kraftmaschine abgeschaltet ist, wird die Verriegelungsanordnung 70 verwendet, um Hydraulikfluid in der Fluidkammer 50 zu halten. Die Verriegelungsvorrichtung 70 umfasst einen Aktor 72, ein Solenoidventil 74 und den Kolben 34. Der Betrieb der Verriegelungsanordnung 70 wird durch ein Steuermodul 78 gesteuert, wobei das Steuermodul 78 mit dem Solenoidventil 74 über eine elektrische Verbindung 80 verbunden ist. Das Steuermodul 78 wird verwendet, um dem Solenoidventil 74 in Abhängigkeit von Fahrzeugparametern wie etwa dem Kraftmaschinenbetrieb oder dem Getriebedrehmoment oder der Drehzahl Elektrizität zuzuführen, wobei es sich vorzugsweise um eine elektronische Steuervorrichtung mit einem im Voraus programmierten digitalen Computer oder Prozessor, einer Steuerlogik, einem Speicher, der für die Speicherung von Daten verwendet wird, und wenigstens einer E/A-Peripherieeinrichtung handelt. Die Steuerlogik enthält mehrere Logikroutinen, um Daten zu überwachen, zu manipulieren und zu erzeugen.
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Wenn die Kraftmaschine arbeitet, wird Hydraulikfluid durch die Zufuhrleitung 20 durch ein (nicht gezeigtes) passives Ventil, das oberstromig des Druckspeichers 10 vorhanden ist, an die Fluidkammer 50 übermittelt. Der Kolben 34 wird in die Richtung D1 gedrängt, bis der Aktor 72 mit einer Umfangsnut 90, die sich an einer Seitenwand des Kolbens 34 befindet, in Eingriff gelangt. Wie nun insbesondere in den 3A und 4–5 gezeigt ist, ist die Nut 90 längs der äußeren Oberfläche 44 des Kolbens 34 ausgebildet. Die Nut 90 ist so bemessen, dass sie ein distales Ende 92 des Aktors 72 aufnimmt. Das distale Ende 92 des Aktors 72 gelangt mit dem Kolben 34 in Eingriff und befestigt ihn in einer verriegelten Position, wie in 3A gezeigt ist. In der verriegelten Position kann der Kolben 34 im Allgemeinen nicht längs der inneren Oberfläche 36 des Behälters 12 gleiten, so dass es möglich ist, Hydraulikfluid in der Fluidkammer 50 zu halten. Die Vorbelastungselemente 54 besitzen außerdem eine Steifigkeit, die den Kolben 34 in der verriegelten Position verriegelt. In der in den 3A und 4–5 gezeigten Ausführungsform enthält das distale Ende 92 des Aktors 72 eine schräge Oberfläche oder ein Rampenprofil 94. Das Rampenprofil 94 ermöglicht einen allmählichen Eingriff zwischen der Nut 90 und dem distalen Ende 92 des Aktors 72. Obwohl in den 3A und 4–5 ein Rampenprofil 94 veranschaulicht ist, können selbstverständlich andere Profile am distalen Ende 92 des Aktors 72 verwendet werden. Beispielsweise ist 3B eine alternative Ausführungsform eines Aktors 172, der ein distales Ende 192 besitzt, das ein abgerundetes äußeres Profil 194 aufweist.
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In den 4–5 umfasst das Solenoid 74 eine (nicht gezeigte) Solenoidspule, wobei durch das Steuermodul 78 Strom für die Solenoidspule bereitgestellt wird. Der Strom fließt durch die Solenoidspule, um ein Magnetfeld B zu induzieren. Das Magnetfeld B betätigt oder bewegt den Aktor 72 in einem Abschnitt 96 des Druckbehälters 12, in dem der Aktor 72 untergebracht ist. Genauer bewirkt das Magnetfeld B, dass sich der Aktor 72 nach unten in einer Richtung D bewegt, wenn das Magnetfeld B induziert wird. Der Aktor 72 ist aus irgendeinem Typ eines ferromagnetischen Materials konstruiert, das auf das Magnetfeld B anspricht, beispielsweise aus einem Material auf Eisenbasis, einem Material auf Nickelbasis oder einem Material auf Kobaltbasis. Wenn durch die Solenoidspule kein elektrischer Strom mehr fließt, ist das Magnetfeld B nicht länger vorhanden und wird der Aktor 72 nicht länger durch die Solenoidspule in der Richtung D betätigt. Stattdessen wird ein Vorbelastungselement 98, das in dem Abschnitt 96 des Druckbehälters sitzt, in dem sich der Aktor 72 befindet, verwendet, um den Aktor 72 zu bewegen. Das Vorbelastungselement 98 befindet sich zwischen dem Aktor 72 und dem Solenoid 74. Die Vorbelastungskraft BF', die durch das Vorbelastungselement 98 ausgeübt wird, drangt den Aktor 72 nach oben in einer Richtung U. Wenn der Aktor 72 in der Richtung U gedrängt wird, gelangt das distale Ende 92 des Aktors 72 mit der Nut 90, die sich in der Seitenwand des Kolbens 34 befindet, in Eingriff, wie in 4 gezeigt ist. Wenn die Solenoidspule des Solenoids 74 aktiviert ist, fließt durch die Solenoidspule ein Strom, um ein Magnetfeld B zu induzieren, um den Aktor 72 in der Richtung D zu bewegen. Die Bewegung des Aktors 72 in der Richtung D löst den Eingriff zwischen dem Aktor 72 und der Nut 90, die sich am Kolben 34 befindet, wie in 5 gezeigt ist. Das Steuermodul 78 enthält Steuerlogik, um wahlweise Strom für die Solenoidspule bereitzustellen, um das Magnetfeld B zu induzieren. Wenn die Solenoidspule deaktiviert ist und das Magnetfeld B nicht länger induziert wird, drangt das Vorbelastungselement 98 den Aktor 78 aufwärts in der Richtung U, um den Aktor 72 dazu zu veranlassen, mit der Nut 90, die sich am Kolben 34 befindet, in Eingriff zu gelangen.
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Wie allgemein in den 1–3A gezeigt ist, arbeitet die Verriegelungsanordnung 70, um Hydraulikfluid in der Fluidkammer 50 zu akkumulieren, wenn der Druck oberstromig des Akkumulators 10 größer ist als der Druck in der Fluidkammer 50, was während des Betriebs einer Kraftmaschine oder Antriebsmaschine in einem Fahrzeug auftritt. Das heißt, dass sich die Fluidkammer 50 ausdehnt, wenn der Kolben 34 längs der inneren Oberfläche 36 des Behälters 12 in der Richtung D1 gleitet, wie in den 1–2 gezeigt ist. Der Kolben 34 setzt seine Gleitbewegung in der Richtung D1 im Behälter 12 fort, bis die Nut 90, die sich längs der äußeren Oberfläche 44 des Kolbens 34 befindet, mit dem distalen Ende 92 des Aktors 72 in Eingriff gelangt, wie in 3A gezeigt ist. Wenn die Kraftmaschine oder Antriebsmaschine abgeschaltet wird, bleibt der Kolben 34 mit dem Aktor 72 in der verriegelten Position in Eingriff, wodurch Hydraulikfluid in der Fluidkammer 50 gehalten wird.
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Wenn das Fahrzeug wieder gestartet wird, enthält das Steuermodul 80 Steuerlogik, um Strom für die Solenoidspule bereitzustellen, um das Magnetfeld B zu induzieren. Der Aktor 72 wird nach unten in der Richtung D (4–5) bewegt, wodurch der Aktor 72 dazu veranlasst wird, seinen Eingriff mit der Nut 90 des Kolbens 34 zu lösen. Der Verriegelungsmechanismus 70 ist nun entriegelt, so dass es möglich ist, dass die Vorbelastungskraft BF, die durch die Vorbelastungselemente 54 ausgeübt wird, den Kolben 34 in der Richtung D2 drängt. Wenn der Kolben 34 in der Richtung D2 im Behälter 12 gleitet, wird Hydraulikfluid aus der Fluidkammer 50 entleert und durch die Zufuhrleitung 20 zu einem Steuersystem eines (nicht gezeigten) Automatikgetriebes geschickt.
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Die Aufnahme der Verriegelungsanordnung 70 ermöglicht es, einer Kupplung eines (nicht gezeigten) Automatikgetriebes während des Startens eines Fahrzeugs Hydraulikfluid zuzuführen. Dies kann insbesondere in einem Antriebsstrang vorteilhaft sein, in dem die Kraftmaschine oder Antriebsmaschine während des Fahrzeugstarts abgeschaltet bleibt und ein Elektromotor das Fahrzeug vorantreibt. Genauer liefert eine Getriebepumpe mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid von einem Sumpf zu den Kupplungen, falls jedoch die Kraftmaschine nicht arbeitet, könnte die Pumpe nicht in der Lage sein, den Kupplungen Fluid zuzuführen. Stattdessen wird Hydraulikfluid, das in der Fluidkammer 50 des Druckspeichers 10 gespeichert und durch die Verriegelungsanordnung 70 freigegeben wird, verwendet, um den Kupplungen Fluid zuzuführen.
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Die Beschreibung der Erfindung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft, wobei Abwandlungen, die nicht von der Idee der Erfindung abweichen, im Umfang der Erfindung liegen sollen. Solche Abwandlungen werden nicht als Abweichung vom Erfindungsgedanken und vom Umfang der Erfindung angesehen.
